WO2016079956A1 - 通信端末および通信端末のチャネル選択方法 - Google Patents

通信端末および通信端末のチャネル選択方法 Download PDF

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WO2016079956A1
WO2016079956A1 PCT/JP2015/005630 JP2015005630W WO2016079956A1 WO 2016079956 A1 WO2016079956 A1 WO 2016079956A1 JP 2015005630 W JP2015005630 W JP 2015005630W WO 2016079956 A1 WO2016079956 A1 WO 2016079956A1
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radio wave
period
channel
communication terminal
communication
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至智 藁科
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日本電気株式会社
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04W72/00—Local resource management
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    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/54—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria
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    • H04W72/00—Local resource management
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    • H04W72/56—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on priority criteria

Definitions

  • the present invention relates to a communication terminal and a channel selection method for the communication terminal.
  • cognitive radio In order to increase the frequency usage efficiency, research on cognitive radios that are temporarily used by recognizing and recognizing so-called white spaces that are not used geographically or temporally by radio license holders is underway. .
  • a technique for dynamically allocating frequencies is required. For example, it has been proposed to use information relating to the frequency usage status of existing peripheral wireless communication systems (primary users). There has also been proposed a method using a database having a function of calculating an available frequency for each position and time.
  • a frequency selection method has been proposed in which a frequency is dynamically allocated to a wireless communication terminal (secondary user) using a spectrum sensing function possessed by the wireless communication terminal.
  • a method of managing, in a database a frequency that is free in time and space within the TV frequency band is known.
  • One of such methods is a method using a so-called Geo-Location Database (GDB).
  • GDB Geo-Location Database
  • spectrum sensing using a certain period (Quiet Period) in which the terminal does nothing can be cited as an implementation means.
  • a frequency that can be used for each position by the secondary user at the “current time” and a frequency with good communication quality are acquired.
  • the communication quality mentioned here means that, for example, maximum communication performance can be achieved.
  • Patent Document 1 discloses a method of selecting a channel to be used by detecting the received radio wave intensity for each channel-set frequency.
  • the received radio wave intensity is regarded as an interference wave level, and a higher priority is given to a channel having a detected low received radio wave intensity.
  • Patent Document 2 discloses a method of selecting a channel that can be used for the longest time as a secondary user by using information in a database when an in-vehicle terminal moves.
  • the database holds information (map) of interference areas where the channel cannot be used for each available frequency.
  • the in-vehicle terminal transmits the current position and the moving direction, the available distance is shown for each channel from the database, and the channel with the longest distance can be selected.
  • Patent Document 3 refers to communication environment information for each area and its current position, and predicts a change in the communication environment when the user moves and selects a channel with a better communication environment. Is disclosed.
  • Patent Document 1 has a problem that communication performance deteriorates when the radio wave environment fluctuates.
  • the interference wave level (received radio wave intensity) in this technology is only at the “current time”, and a frequency that can exhibit the maximum communication performance at the “current time” is selected. For this reason, when the interference wave level of the channel being used increases, it becomes necessary to reselect the frequency and switch the channel. Therefore, when the radio wave environment changes drastically, the channel is frequently switched, and communication is interrupted each time. Possible causes of fluctuations in the radio wave environment include movement of itself and changes in the operating status of external communication devices.
  • Patent Document 3 also has the same problems as the technique of Patent Document 2 because it is premised on using communication environment information for each fixed area.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a communication terminal capable of selecting a channel with high communication performance even when the radio wave environment varies.
  • a communication terminal is a communication terminal used in a wireless communication system that uses radio waves of a plurality of channels having different frequencies, and is a radio wave that represents characteristics of a radio wave environment in a predetermined first period.
  • Radio wave environment feature quantity acquisition means for acquiring an environmental feature quantity
  • required communication performance storage means for storing required communication performance required for communication
  • Radio wave environment fluctuation estimation means for estimating the channel
  • channel selection means for selecting the channel to be used based on the estimated radio wave environment fluctuation and the required communication performance.
  • the effect of the present invention is to provide a communication terminal capable of selecting a channel with high communication performance even when the radio wave environment varies.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.
  • the communication terminal 100 of this embodiment is used for a wireless communication system that uses radio waves of a plurality of channels having different frequencies.
  • the communication terminal 100 includes a radio wave environment feature amount acquisition unit 110, a radio wave environment fluctuation estimation unit 120, a required communication performance storage unit 130, and a channel selection unit 140.
  • the radio wave environment feature amount acquisition unit 110 acquires a radio wave environment feature amount representing a feature of the radio wave environment in a predetermined first period. Specifically, a physical quantity representing the characteristics of the radio wave environment is measured or acquired as information from the outside.
  • the radio wave environment fluctuation estimation means 120 estimates the radio wave environment fluctuation in the second and subsequent periods based on the acquired radio wave environment feature quantity.
  • the required communication performance storage unit 130 stores the required communication performance determined by the communication application.
  • the channel selection unit 140 selects a channel to be used based on the radio wave environment fluctuation estimated by the radio wave environment fluctuation estimation unit 120 and the required communication performance stored in the required communication performance storage unit 130. Specifically, a priority order based on high communication performance is determined for a plurality of usable channels. Based on this priority, a channel selection circuit or the like (not shown) is controlled to select a channel to be used for communication.
  • a channel with high communication performance can be selected even in an environment where the radio wave environment fluctuates.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing the first period T1.
  • the first period T1 is a period from a certain time t1 to t2 before the present time.
  • the first period T1 is a time required for grasping the characteristics of the surrounding radio wave environment, and the length thereof may be determined according to the changing speed of the surrounding radio wave environment. Alternatively, it may be fixedly set such as 10 seconds, 1 minute, 10 minutes, 1 hour.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing the second period T2.
  • the second period T2 is a period from a certain time t3 to t4 after the present.
  • the second period T2 can be determined according to, for example, a communication application. Specifically, for example, it can be determined as the minimum time required for the application and communication must not be interrupted. Alternatively, it can be fixedly set to 10 seconds, 1 minute, 10 minutes, 1 hour, or the like.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the communication terminal.
  • the communication terminal first stores the required communication performance determined by the communication application (S1).
  • the feature quantity of the radio wave environment in the first period T1 is acquired (S2).
  • radio wave environment fluctuation in the second period T2 is estimated (S3).
  • a channel is selected based on the estimated radio wave environment fluctuation and the required communication performance (S4). As described above, a channel with high communication performance can be selected.
  • the order of S1 and the steps from S2 to S3 may be reversed.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the communication terminal 200 of the present embodiment.
  • the communication terminal 200 includes a radio wave environment feature amount acquisition unit 210, a radio wave environment fluctuation estimation unit 220, a required communication performance storage unit 230, and a channel selection unit 240.
  • the radio wave environment feature amount acquisition unit 210 acquires a radio wave environment feature amount representing a feature of the radio wave environment in a predetermined first period.
  • a radio wave environment feature amount acquisition unit 210 includes a received radio wave intensity variation feature amount acquisition unit 211.
  • the received radio wave intensity fluctuation feature quantity acquisition unit 211 acquires the feature quantity of the received radio wave intensity fluctuation in the predetermined first period T1.
  • the received radio wave intensity can be acquired using, for example, spectrum sensing, but may be acquired from the outside by sharing information with other communication terminals, inquiries to a database, or the like.
  • the radio wave environment fluctuation estimation unit 220 estimates the radio wave environment fluctuation in the second period after the current time based on the acquired radio wave environment feature quantity.
  • the radio wave environment fluctuation estimating unit 220 includes a received radio wave intensity fluctuation estimating unit 221 and a transmission capacity fluctuation estimating unit 222.
  • the received radio wave intensity fluctuation estimation unit 221 estimates the received radio wave intensity fluctuation in the second period T2 based on the received radio wave intensity fluctuation feature quantity acquired by the received radio wave intensity fluctuation feature quantity acquisition unit 211.
  • the transmission capacity fluctuation estimation unit 222 estimates the transmission capacity fluctuation at T2 based on the reception radio wave intensity fluctuation at T2 estimated by the reception radio wave intensity fluctuation estimation unit 221.
  • the required communication performance storage unit 230 stores the required communication performance determined by the communication application.
  • the required communication performance here refers to a transmission rate required by an application, a transmission capacity required by a user, and a communication maintenance time. For example, when transmitting large data such as moving images, the required communication performance is high. Conversely, when transmitting small data such as characters, the required communication performance can be low.
  • the channel selection unit 240 selects a channel to be used based on the estimated radio wave environment fluctuation and the required communication performance.
  • a channel priority setting unit 241 is provided.
  • the channel priority setting unit 241 sets channel priorities based on the transmission capacity variation at T2 estimated by the transmission capacity variation estimation unit 222 and the requested communication performance stored in the requested communication performance storage unit 230.
  • the communication performance here is an index that means a match rate or satisfaction with respect to the required performance. In general, the longer the duration of communication, the higher the performance. Also, the larger the transmission capacity, the higher the performance.
  • the channel priority setting unit 241 sets the channel priority based on the high communication performance described above.
  • the channel selection unit 240 controls a channel selection circuit or the like (not shown) based on the set priority order, and selects a channel to be used for communication.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of the received fluctuation of received radio wave intensity.
  • the radio wave whose intensity has been acquired is a radio wave that exists in the environment, and is an interference wave for itself. That is, when the received radio wave intensity is higher than a certain level, it means that the frequency is already used or the noise is high. Therefore, the frequency cannot be used as a channel. For this reason, a threshold value Sth for the received radio wave intensity is defined, and a frequency having a received radio wave intensity of less than Sth is selected. From the example of FIG. 6, the following characteristics are acquired for the received radio wave intensity in the period T1 of each channel.
  • Ch1 fluctuates periodically. There is a period that oscillates for two periods during T1 and exceeds Sth at the peak. ch2 fluctuates periodically. There is a period that oscillates for three periods during T1 and exceeds Sth at the peak. The amplitude is smaller than ch1 and shorter than ch1, but there is a period exceeding Sth. ch3 hardly changes during T1, and is always smaller than Sth during T1.
  • the received radio wave intensity fluctuation estimation unit 221 estimates the received radio wave intensity fluctuation in the second period T2.
  • FIG. 7 is a graph showing an example of the estimation result. Since the received radio wave intensity fluctuation at T1 is a periodic fluctuation within the range, it is estimated that the same periodic fluctuation is repeated at T2. Therefore, ch1 and ch2 have the same amplitude and periodic fluctuation as T1, and each has a period exceeding Sth. ch3 hardly changes and is always smaller than Sth during T2.
  • FIG. 8 is a graph showing the estimation result of the transmission capacity fluctuation.
  • the vertical axis represents the transmission capacity ratio (arbitrary unit).
  • the acquired received radio wave intensity is an interference wave level, and the smaller the received radio wave intensity is, the more the channel can be considered to be free. For this reason, it can be considered that the transmission capacity ratio is substantially opposite to the received radio wave intensity. That is, the transmission capacity increases as the received radio wave intensity decreases, and the transmission capacity decreases as the received radio wave intensity increases. When the received radio wave intensity exceeds the threshold value Sth, it is considered that the transmission capacity is 0, that is, communication is impossible.
  • ch1 has a period with a large transmission capacity, but a period in which the transmission capacity becomes zero periodically occurs. It can be seen that ch2 also has a period in which the transmission capacity is large, and a period in which the transmission capacity becomes zero occurs periodically. However, the period when the transmission capacity is 0 is shorter than ch1. ch3 maintains a substantially constant transmission capacity within the period of T2.
  • the channel priority setting unit 241 performs priority setting for selecting a channel.
  • the priority is determined according to the communication performance in the second period.
  • the communication performance in the present embodiment is an index that means a match rate or a satisfaction degree with respect to the required communication performance. Therefore, the priority setting result varies depending on the required communication performance.
  • a channel with high communication performance can be selected based on the required communication performance and the estimated transmission capacity fluctuation.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the above procedure.
  • the received radio wave intensity fluctuation feature quantity acquisition unit 211 acquires the received radio wave intensity fluctuation feature quantity in the first period T1 (S101).
  • the received radio wave intensity fluctuation estimation unit 221 estimates the received radio wave intensity fluctuation in the second period T2 (S102).
  • the transmission capacity fluctuation estimation unit 222 estimates the transmission capacity fluctuation at T2 (S103).
  • the channel priority setting unit 241 sets the channel priority based on the estimated transmission capacity fluctuation and the required communication performance stored in the required communication performance storage unit 230 (S104).
  • the channel selection unit 240 selects a channel based on the channel priority (S105).
  • the communication terminal can acquire the received radio wave intensity variation as the feature quantity of the radio wave environment, and can estimate the communication performance for each channel that will be exhibited after the present. And a communication terminal can set a priority to a channel in order with high communication performance, and can select a channel with high communication performance.
  • the main purpose of the present embodiment is to select a channel that exhibits high communication performance in the second period T2.
  • a difference between the present embodiment and a technique for selecting a channel with the lowest received radio wave intensity at the present time as in Patent Document 1 will be described.
  • a technique similar to Patent Document 1 will be referred to as Prior Art 1.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram showing channel selection according to this embodiment and channel selection according to Prior Art 1 in an environment where the transmission capacity varies as shown in FIG. The fluctuation of the transmission capacity ratio estimated at the top of the figure is also shown.
  • a channel with high communication performance can be selected even when the radio wave environment fluctuates.
  • FIG. 11 is a block diagram showing the communication terminal 300 of this embodiment.
  • the communication terminal 300 includes a radio wave environment feature amount acquisition unit 310, a radio wave environment variation estimation unit 320, a required communication performance storage unit 330, and a channel selection unit 340.
  • the radio wave environment feature quantity acquisition unit 310 includes a feature quantity acquisition unit 312 of another radio source.
  • Other radio wave sources are, for example, other terminals, broadcast stations, machines that generate radio noise, and the like.
  • the feature quantity acquisition unit 312 of other radio sources acquires feature quantities related to these radio sources.
  • the feature quantity of another radio wave source can be acquired by, for example, sharing information with other communication terminals in the vicinity, inquiring to a database, or the like. However, it is not limited to these examples, and may be obtained using other methods.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing an example of acquiring the position information and used channel of another radio source as the feature quantity of the other radio source.
  • the radio source A uses ch1
  • the radio source B uses ch2
  • the radio source C uses ch3.
  • the communication terminal 300 itself is represented by the symbol X.
  • the above-mentioned position information can be acquired by, for example, positioning by GPS (Global Positioning System) or inquiry to a database.
  • GPS Global Positioning System
  • these methods may not be used.
  • the approximate position or relative position and moving speed may be estimated using fluctuations in received radio wave intensity of the same radio wave source or received radio wave intensity (triangulation or the like) of a plurality of radio wave sources.
  • this embodiment is not limited to the acquisition method of position information.
  • the radio wave source B moves so as to approach X as indicated by an arrow in FIG. 12 during the period T1, that is, from the time t1 to the time t2.
  • X grasps the current position and moving speed of the radio wave source B from the acquired position information. And it becomes possible to estimate the position after the present.
  • the received radio wave intensity fluctuation shown in FIG. 13 is obtained.
  • the received radio wave intensity is ch2 ⁇ ch3 ⁇ ch1, and none of them greatly varies within the period T1. For this reason, if the received radio wave intensity fluctuation is estimated only from the received radio wave intensity, ch2 is estimated to be minimum even during the period T2, and ch2 is selected.
  • the received radio wave intensity fluctuation in the period T2 can be estimated in consideration of the information.
  • the radio wave intensity of ch2 increases rapidly, and it can be estimated that the channel does not have good communication performance at an early stage in T2. Then, ch3 is set as the highest priority channel.
  • the communication terminal can also acquire a radio wave source communication schedule as a feature quantity of other radio wave sources acquired in the first period T1.
  • a method of using a communication schedule of another radio wave source for radio wave environment estimation will be described using a specific example.
  • FIG. 15 is a graph showing an example of fluctuations in received radio wave intensity acquired in the first period T1.
  • the received radio wave strengths ch1 and ch2 change in a range smaller than the threshold value Sth
  • ch3 changes in a range larger than the threshold value Sth.
  • FIG. 16 shows an example of the result of estimating the received radio wave intensity fluctuation in the second period T2 in consideration of this information.
  • the priority of ch3 is set higher than ch1 and ch2. This makes it possible to perform channel selection that matches reality.
  • the priority of the channel can be lowered by acquiring a communication start schedule.
  • FIG. 17 is a block diagram showing the fifth embodiment.
  • the communication terminal 400 includes a radio wave environment feature amount acquisition unit 410, a radio wave environment variation estimation unit 420, a required communication performance storage unit 430, and a channel selection unit 440.
  • the radio wave environment feature amount acquisition unit 410 includes a feature amount acquisition period adjustment unit 413.
  • the feature amount acquisition period adjustment unit 413 adjusts the length of the period T1 during which the radio wave environment feature amount is acquired. Hereinafter, this adjustment will be described.
  • FIG. 18 is a graph for explaining a method of adjusting T1 when the feature acquisition of the received radio wave intensity is the rate limiting factor for acquiring the radio wave environment feature amount.
  • the period radio wave intensity acquisition unit starts reception radio wave intensity acquisition from time t5. At this time, it is assumed that the original first period T1 is set longer than t6-t5.
  • ch1 fluctuates periodically and fluctuates within a certain range.
  • characteristics such as that there is a place where the threshold Sth is exceeded in the fluctuation peak portion.
  • ch2 has a periodic fluctuation for three periods from t1 to t2, and is short in time but sometimes exceeds the threshold value Sth.
  • ch3 is always less than the threshold value Sth and has a characteristic that it hardly fluctuates.
  • T1 may be determined by aborting the feature amount acquisition at an appropriate predetermined time.
  • the radio wave environment feature amount acquisition unit 410 starts acquisition of the radio wave environment feature amount (S201).
  • the radio wave environment characteristic amount acquisition unit 410 determines whether or not the characteristics of the radio wave environment have been grasped (S202).
  • the feature amount acquisition period adjustment unit 413 sets T1 based on the time until grasping.
  • the feature amount acquisition period adjustment unit 413 sets T1 based on the predetermined period (S204).
  • the radio wave environment feature amount acquisition period can be shortened. This makes it possible to perform channel selection at high speed.
  • FIG. 21 is a plan view showing the positional relationship between the communication terminal X and another radio wave source.
  • a radio wave source A that uses ch1 There are a radio wave source A that uses ch1, a radio wave source B that uses ch2, and a radio wave source C that uses ch3.
  • the radio wave source A approaches or moves away from X with a period (t10-t8).
  • the radio wave source B approaches or moves away from X with a period (t9-t7).
  • the radio wave source C is stationary or moves with almost the same distance from X. Such a situation is estimated.
  • ch1 and ch2 each periodically change during the period T1.
  • ch3 is generally stable under the threshold value Sth, it rises rapidly only once and returns to the original level. Such a phenomenon may occur in a situation where the radio wave source of ch3 passes the communication terminal X. If they pass each other, it is a one-time phenomenon, but the worst case is assumed to occur at the same frequency. By doing so, it is possible to estimate the fluctuation of the received radio wave intensity on the safe side.
  • FIG. 23 shows the estimation result.
  • the channel priority is determined by matching with the required communication performance. For example, priority may be given to a period in which the total communication interruption time in T2 is short as the required communication performance. In the case of the example in FIG. 23, the period during which the received radio wave intensity exceeds the threshold value Sth is the communication interruption time. Accordingly, since the total communication interruption time is the shortest for ch3, the priorities are in the order of ch3, ch2, and ch1.
  • the priority order of channels is determined exclusively by the convenience of the communication terminal itself.
  • the channel priority is determined in consideration of the channel selected by another communication terminal. By doing so, it is possible to improve the throughput of the entire communication system constituted by a plurality of communication terminals.
  • FIG. 24 is a block diagram showing the communication terminal 500 of the present embodiment. Similar to the third embodiment, the communication terminal 500 includes a radio wave environment feature amount acquisition unit 510, a radio wave environment variation estimation unit 520, a required communication performance storage unit 530, and a channel selection unit 540. .
  • the radio wave environment feature quantity acquisition unit 510 includes a received radio wave intensity variation feature quantity acquisition unit 511, a feature quantity acquisition unit 512 of another radio source, and a selection channel information sharing unit 513.
  • the selected channel information sharing unit 513 holds information on channels that are in use and selectable channels between the communication terminal 500 itself and other terminals. Acquisition of information can be performed, for example, by exchanging messages with other communication terminals or accessing a database.
  • the received radio wave intensity variation feature quantity acquisition unit 511 acquires the received radio wave intensity in a predetermined first period T1, and the other radio wave source feature quantity acquisition unit 512 Get the feature value for the radio source.
  • the radio wave environment fluctuation estimation unit 520 includes a reception radio wave intensity fluctuation estimation unit 521, a transmission capacity fluctuation estimation unit 522, and a selected channel estimation unit 523 of another communication terminal.
  • the selection channel estimation unit 523 of another communication terminal estimates a channel selected by another communication terminal.
  • the received radio wave intensity fluctuation estimation unit 521 estimates the received radio wave intensity fluctuation in the second period T2
  • the transmission capacity fluctuation estimation part 522 estimates the transmission capacity fluctuation in the second period. To do.
  • the radio wave environment fluctuation estimation unit 520 performs radio wave environment fluctuation estimation by reflecting the obtained selection channel estimation results of other communication terminals. For this reason, when it is estimated that a certain channel is used by another nearby communication terminal, the priority of the channel is lowered. As a result, interference caused by communication terminal 500 using the same channel as other communication terminals in the vicinity is avoided. Details will be described below using specific examples.
  • FIG. 25 is a plan view showing a positional relationship of each communication terminal and a channel in use in a wireless system using a plurality of communication terminals of this embodiment.
  • the communication terminal D using ch2 from a distance represents a situation in which the communication terminal B and the communication terminal X are approaching.
  • the communication terminals X and A, B, and C share information about the channels in use and the selectable channels.
  • the communication terminal B can only select ch3 in addition to ch2.
  • X is assumed to have acquired position information of each communication terminal.
  • the received radio wave intensity fluctuation acquired by the communication terminal X in the first period T1 is, for example, as shown in FIG.
  • the communication terminal X knows from the position information of each terminal that D, which is also using ch2, is approaching B, which is using ch2. Therefore, X estimates that B switches channels to avoid interference with D.
  • B has no switchable channel other than ch3.
  • the selected channel estimation unit 523 of another communication terminal included in X estimates that B selects ch3. Then, the result is output to radio wave environment fluctuation estimation unit 520.
  • the radio wave environment fluctuation estimation unit 520 estimates the radio wave environment fluctuation assuming that the communication terminal B has selected ch3.
  • FIG. 27 shows an example of estimation of received radio wave intensity fluctuation
  • FIG. 28 shows an example of estimation of transmission capacity fluctuation.
  • the channel selection unit 540 avoids the communication terminal X selecting ch3.
  • ch2 where B stops using the channel is estimated to have an increased transmission capacity ratio. For this reason, the priority order of ch2 is increased.
  • the selected channel information sharing unit 513 shares information about the channel being used and the selectable channel between itself and another terminal (S301).
  • the received radio wave intensity fluctuation estimation unit 521 estimates the received radio wave intensity fluctuation based on the feature quantity of another radio wave source and the selected channel information stored in the selected channel information sharing unit 513 (S302).
  • the selected channel estimation unit 523 of the other communication terminal estimates the selected channel of the other communication terminal based on the estimation result of the received radio wave intensity fluctuation (S303).
  • the radio wave environment feature amount acquisition unit 510 acquires the radio wave environment feature amount in the first period T1 of itself (S304).
  • the radio wave environment fluctuation estimation unit 520 estimates the radio wave environment fluctuation in the second period T2 based on the acquired radio wave environment feature quantity and the estimated selection channel of another communication terminal (S305). Then, the channel selection unit 540 determines the priority order of the channel to be selected based on the estimated radio wave environment fluctuation, and selects the channel based on the priority order (S306). Note that the order of S301 to S303 and S304 may be reversed.
  • the channel priority order can be determined so as to avoid interference with a channel selected by another communication terminal.
  • a program for causing a computer to execute the processes of the first to fifth embodiments and a recording medium storing the program are also included in the scope of the present invention.
  • the recording medium for example, a magnetic disk, a magnetic tape, an optical disk, a magneto-optical disk, a semiconductor memory, or the like can be used.
  • Radio wave environment feature amount acquisition unit 120 Radio wave environment fluctuation estimation unit 130 Required communication performance storage unit 140
  • Request communication Performance storage unit 240, 340, 440, 540 Channel selection unit 241 Channel priority setting unit 312, 412, 512 Other radio wave source feature amount acquisition unit 413 Feature amount acquisition period adjustment unit 513 Selection channel information sharing unit 523 Other communication Terminal selection channel estimator

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

［課題］電波環境に変動がある場合においても、通信性能が高いチャネルを選択できる通信端末を提供する。 ［解決手段］通信端末は、電波環境特徴量取得手段と、電波環境変動推定手段と、要求通信性能格納手段と、チャネル選択手段と、を有している。電波環境特徴量取得手段は、所定の第１の期間における電波環境の特徴を表す電波環境特徴量を取得する。電波環境変動推定手段は、取得された電波環境特徴量に基づいて、現在以降の第２の期間における電波環境変動を推定する。要求通信性能格納手段は、通信用途によって決まる要求通信性能を格納する。チャネル選択手段は、推定された電波環境変動と要求通信性能とに基づいて使用するチャネルを選択する。

Description

通信端末および通信端末のチャネル選択方法
　本発明は、通信端末および通信端末のチャネル選択方法に関する。
　周波数の利用効率を高めるために、無線免許保持者によって地理的あるいは時間的に使用されていない周波数、いわゆるホワイトスペースを認識・認知して、一時的に使用するコグニティブ無線の研究が進められている。コグニティブ無線では、周波数を動的に割り当てる技術が必要となる。例えば、周辺の既存無線通信システム（プライマリユーザ）の周波数利用状況に関する情報を利用することが提案されている。また、位置・時間毎に利用可能な空き周波数を算出する機能を保有するデータベースを用いる方法も提案されている。また、無線通信端末が保有するスペクトルセンシング機能を用いて、無線通信端末（セカンダリユーザ）に動的に周波数を割り当てる周波数選択手法も提案されている。
　周辺の周波数利用状況を把握する手段として、たとえば、ＴＶ用周波数帯域内で時間的・空間的に空いている周波数をデータベースで管理する方法が知られている。そのような方法の一つに、いわゆるＧｅｏ－Ｌｏｃａｔｉｏｎ　Ｄａｔａｂａｓｅ（ＧＤＢ）を利用する方法がある。また、端末が何も行わない一定の期間（Ｑｕｉｅｔ　Ｐｅｒｉｏｄ）を利用したスペクトルセンシングなども実現手段として挙げられる。これらの手法は、セカンダリユーザが「現時点」において位置ごとに利用可能な周波数、および通信品質の良い周波数を取得するものである。ここで言う通信品質とは、例えば最大通信性能を達成できることである。上記のような技術が、種々提案されている。
　例えば特許文献１には、チャネルの設定された周波数ごとに受信電波強度を検出して、使用するチャネルを選択する方法が開示されている。この技術では、受信電波強度を妨害波レベルと見なして、検出された受信電波強度が低いチャネルに、より高い優先順位を付与する。この優先順位に基づいて、使用するチャネルを選択することにより、妨害波の少ないチャネルを選択することができる。
　また特許文献２には、車載端末が移動した場合に、データベースの情報を利用して、セカンダリユーザとして最も長く利用できるチャネルを選択する方法が開示されている。データベースは、利用可能な周波数ごとに、当該チャネルが使えない干渉領域の情報（マップ）を保持する。そして車載端末が現在位置と移動方向を送信すると、データベースからチャネルごとに利用可能な距離が示され、この距離が最長となるチャネルを選択することができる。
　また特許文献３には、エリアごとの通信環境情報と、自身の現在位置と、を参照し、自身が移動した場合の通信環境の変化を予測して、より通信環境の良いチャネルを選択する方法が開示されている。
特開２００９－７７２２４号公報 国際公開第２０１３／０６９６８８号 特開２０１２－２０９７４４号公報
　しかしながら、上記の先行技術にはそれぞれ問題点があった。
　特許文献１には、電波環境が変動する場合には通信性能が劣化するという問題点があった。この技術における妨害波レベル（受信電波強度）は、あくまで「現時点」でのものであり、「現時点」において最大通信性能を発揮できる周波数を選択している。このため、使用しているチャネルの妨害波レベルが上がると、周波数を再選択しチャネルを切替えることが必要になる。したがって電波環境が激しく変化する場合には、頻繁にチャネルが切り替わり、その度に通信が中断することとなる。電波環境が変動する要因としては、自身の移動や外部の通信装置の稼働状況の変化などが考えられる。
　また、特許文献２の技術では、データベースが保持する干渉領域情報が変動しないことを前提としてシステムが構築されている。このため干渉領域自体が変動する場合には、現状にそぐわないデータに基づいてチャネルを選択し、結果として誤った選択をしてしまう可能性が高くなる。
　特許文献３の技術も、固定されたエリアごとの通信環境情報を用いることが前提となっているため、特許文献２の技術と同様な問題点を持っている。
　本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、電波環境に変動がある場合においても、通信性能が高いチャネルを選択できる通信端末を提供することを目的としている。
　上記の課題を解決するため、本発明の通信端末は、周波数の異なる複数チャネルの電波を使用する無線通信システムに用いる通信端末であって、所定の第１の期間における電波環境の特徴を表す電波環境特徴量を取得する電波環境特徴量取得手段と、通信が要求する要求通信性能を格納する要求通信性能格納手段と、前記電波環境特徴量に基づいて現在以降の第２の期間における電波環境変動を推定する電波環境変動推定手段と、推定された前記電波環境変動と前記要求通信性能とに基づいて使用する前記チャネルを選択するチャネル選択手段と、を有している。
　本発明の効果は、電波環境に変動がある場合においても、通信性能が高いチャネルを選択できる通信端末を提供できることである。
第１の実施形態の通信端末を示すブロック図である。 第1の実施形態における第１の期間Ｔ１を示す概念図である。 第1の実施形態における第２の期間Ｔ２を示す概念図である。 第１の実施形態の動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態の通信端末を示すブロック図である。 第２の実施形態の受信電波強度変動の例を示すグラフである。 第２の実施形態の受信電波強度変動推定例を示すグラフである。 第２の実施形態の伝送容量変動推定例を示すグラフである。 第２の実施形態の動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態と先行技術との比較例を示す概念図である。 第３の実施形態の通信端末を示すブロック図である。 第３の実施形態を適用する状況の具体例を示す平面図である。 第３の実施形態の受信電波強度変動の例を示すグラフである。 第３の実施形態の受信電波強度変動推定例を示すグラフである。 第３の実施形態の受信電波強度変動の別の例を示すグラフである。 第３の実施形態の別の受信電波強度変動推定例を示すグラフである。 第４の実施形態の通信端末を示すブロック図である。 第４の実施形態の特徴量取得期間調整方法を説明するグラフである。 第４の実施形態の動作を示すフローチャートである。 具体例１を説明するためのグラフである。 具体例１を適用する状況を示す平面図である。 具体例２を説明するための受信電波強度変動を示すグラフである。 具体例２を説明するための受信電波強度変動推定例を示すグラフである。 第５の実施形態の通信端末を示すブロック図である。 第５の実施形態を適用する状況の具体例を示す平面図である。 第５の実施形態を説明するための受信電波強度変動を示すグラフである。 第５の実施形態を説明するための受信電波強度変動推定例を示すグラフである。 第５の実施形態の伝送容量変動推定例を示すグラフである。 第５の実施形態の動作を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照しながら本発明について詳細に説明する。
　（第１の実施形態）
　図１は本発明第１の実施形態を示すブロック図である。本実施形態の通信端末１００は、周波数の異なる複数チャネルの電波を使用する無線通信システムに用いる。
　通信端末１００は、電波環境特徴量取得手段１１０と、電波環境変動推定手段１２０と、要求通信性能格納手段１３０と、チャネル選択手段１４０と、を有している。電波環境特徴量取得手段１１０は、所定の第１の期間における電波環境の特徴を表す電波環境特徴量を取得する。具体的には、電波環境の特徴を表す物理量を、測定したり、外部からの情報として取得したりする。電波環境変動推定手段１２０は、取得した電波環境特徴量に基づいて、現在以降の第２の期間における電波環境変動を推定する。要求通信性能格納手段１３０は、通信用途によって決まる要求通信性能を格納する。チャネル選択手段１４０は、電波環境変動推定手段１２０が推定した電波環境変動と、要求通信性能格納手段１３０に格納された要求通信性能とに基づいて、使用するチャネルを選択する。具体的には、使用可能な複数のチャネルに対して通信性能の高さに基づく優先順位を決定する。そして、この優先順位に基づいて、チャネル選択回路等（図示せず）を制御し、通信に使用するチャネルを選択する。
　以上説明した本実施形態によれば、電波環境が変動する環境にあっても、通信性能の高いチャネルを選択することができる。
　ここで、上記した電波環境の特徴量を取得する第１の期間と、電波環境の変動を推定する第２の期間について説明する。図２は第１の期間Ｔ１を示す概念図である。第１の期間Ｔ１は、現在以前のある時刻ｔ１からｔ２までの期間である。第１の期間Ｔ１は、周辺の電波環境の特徴を把握するのに必要な時間であり、その長さは周辺の電波環境の変化速度に応じて定めればよい。あるいは、１０秒、１分、１０分、１時間といったように固定的に定めてもよい。
　図３は第２の期間Ｔ２を示す概念図である。第２の期間Ｔ２は、現在以降のある時刻ｔ３からｔ４までの期間である。第２の期間Ｔ２は、例えば通信用途に応じて定めることができる。具体的には、例えば、アプリケーションが要求する、通信が途絶してはいけない最低限の時間として定めることができる。あるいは、固定的に１０秒、１分、１０分、１時間といったように固定的に定めることができる。
　次に通信端末の動作について説明する。図４は、通信端末の動作を示すフローチャートである。通信端末は、まず通信用途によって定まる要求通信性能を格納する（Ｓ１）。次に、第１の期間Ｔ１における電波環境の特徴量を取得する（Ｓ２）。次に、取得した電波環境の特徴量に基づいて、第２の期間Ｔ２における電波環境変動を推定する（Ｓ３）。次に、推定した電波環境変動と要求通信性能とに基づいて、チャネルを選択する（Ｓ４）。以上により、通信性能の高いチャネルを選択することができる。なお、Ｓ１と、Ｓ２からＳ３までのステップとの順番は逆であっても良い。
　以上説明したように、本実施形態によれば、電波環境が変動する環境において、現在以降の期間Ｔ２における通信性能が高いチャネルを、選択することができる。
　（第２の実施形態）
　本実施形態では、電波環境特徴量の１つとして受信電波強度を用いる通信端末の構成と動作について説明する。
　図５は、本実施形態の通信端末２００を示すブロック図である。通信端末２００は、電波環境特徴量取得部２１０と、電波環境変動推定部２２０と、要求通信性能格納部２３０と、チャネル選択部２４０と、を有している。
　電波環境特徴量取得部２１０は、所定の第１の期間における、電波環境の特徴を表す電波環境特徴量を取得する。本実施形態では電波環境特徴量の1つとして、受信電波強度を取得する例を示す。そのために、電波環境特徴量取得部２１０は、受信電波強度変動特徴量取得部２１１を有している。受信電波強度変動特徴量取得部２１１は、所定の第１の期間Ｔ１における受信電波強度変動の特徴量を取得する。受信電波強度は例えば、スペクトルセンシングを用いて取得することができるが、他の通信端末との情報共有や、データベースへの問い合わせなどによって、外部から取得しても良い。
　電波環境変動推定部２２０は、取得した電波環境特徴量に基づいて、現在以降の第２の期間における電波環境変動を推定する。ここでは、受信電波強度を特徴量として用いるため、電波環境変動推定部２２０は、受信電波強度変動推定部２２１と、伝送容量変動推定部２２２と、を有している。受信電波強度変動推定部２２１は、受信電波強度変動特徴量取得部２１１が取得した受信電波強度変動特徴量に基づいて、第２の期間Ｔ２における受信電波強度変動を推定する。伝送容量変動推定部２２２は、受信電波強度変動推定部２２１が推定したＴ２における受信電波強度変動に基づいて、Ｔ２における伝送容量変動を推定する。
　要求通信性能格納部２３０は、通信用途によって決まる要求通信性能を格納する。ここでいう要求通信性能とは、アプリケーションが要求する伝送レートや、ユーザが要求する伝送容量、通信維持時間のことである。たとえば、動画などのサイズの大きいデータを伝送したいときは、要求通信性能は高くなり、逆に文字などのサイズの小さいデータを伝送したいときは、要求通信性能は低くできる。
　チャネル選択部２４０は、推定された電波環境変動と要求通信性能とに基づいて使用するチャネルを選択する。そのために、チャネル優先順位設定部２４１を有する。チャネル優先順位設定部２４１は、伝送容量変動推定部２２２が推定したＴ２における伝送容量変動と、要求通信性能格納部２３０に格納された要求通信性能とに基づいて、チャネルの優先順位設定を行う。ここでの通信性能とは、要求性能に対する合致率もしくは満足度といったことを意味する指標である。一般的には、通信の持続時間が長いほど性能は高く。また伝送容量が大きいほど性能が高いと考えられる。チャネル優先順位設定部２４１は、上記した通信性能の高さに基づいてチャネルの優先順位を設定する。チャネル選択部２４０は、設定した優先順位に基づいて、チャネル選択回路等（図示せず）を制御し、通信に使用するチャネルを選択する。
　次に具体的な例を用いて、優先順位を設定する手順を詳細に説明する。
　まず通信端末は、受信電波強度変動特徴量取得部２１１によって、第１の期間Ｔ１における受信電波強度変動特徴量を取得する。図６は取得された受信電波強度変動の一例を示すグラフである。ここで強度を取得している電波は環境に存在する電波であり、自身にとっては妨害波となる。すなわち、受信電波強度がある程度以上大きい場合は、その周波数が既に使われている、もしくはノイズが大きいことを意味する。したがって、その周波数は、チャネルとして使用できないことになる。このため、受信電波強度についての閾値Ｓｔｈを定義し、受信電波強度がＳｔｈ未満の周波数を選択するものとする。図６の例からは、各チャネルの期間Ｔ１における受信電波強度について、以下のような特徴が取得される。
　ｃｈ１は周期的に変動している。Ｔ１の間に２周期振動し、山の部分ではＳｔｈを超える期間がある。ｃｈ２は周期的に変動している。Ｔ１の間に３周期振動し、山の部分ではＳｔｈを超える期間がある。その振幅はｃｈ１より小さく、ｃｈ１より短いがＳｔｈを超える期間がある。ｃｈ３は、Ｔ１の間にほとんど変化せず、Ｔ１の間、常にＳｔｈより小さい。
　次に、受信電波強度変動推定部２２１によって、第２の期間Ｔ２における受信電波強度変動を推定する。
　図７は推定結果の例を示すグラフである。Ｔ１における受信電波強度変動がレンジ内での周期的な変動となっていることから、Ｔ２においても、同様の周期的な変動が繰り返されるものと推定している。このためｃｈ１とｃｈ２はＴ１と同じ振幅、周期の周期的な変動となり、それぞれＳｔｈを超える期間を持っている。ｃｈ３は、ほとんど変化せず、Ｔ２の間、常時Ｓｔｈより小さくなっている。
　次に、伝送容量変動推定部２２２によって、Ｔ２における伝送容量変動を推定する。図８は、伝送容量変動の推定結果を示すグラフである。縦軸は伝送容量比（任意単位）としている。前述したように、取得した受信電波強度は、妨害波レベルであり、受信電波強度が小さいほどそのチャネルは空いているとみなすことができる。このため、伝送容量比は、概ね受信電波強度と逆の関係になると考えることができる。すなわち、受信電波強度が小さいほど伝送容量は大きくなり、受信電波強度が大きいほど伝送容量は小さくなる。そして受信電波強度が閾値Ｓｔｈを超えるところでは、伝送容量が０、すなわち通信不能となると考えられる。
　上記の観点で図８を参照すると、ｃｈ１は伝送容量の大きい期間があるが、伝送容量が０となる期間が周期的に発生することが分かる。ｃｈ２も、伝送容量の大きい期間があり、伝送容量が０となる期間が周期的に発生することが分かる。ただし、伝送容量が０となる期間はｃｈ１より短い。ｃｈ３はＴ２の期間内で、ほぼ一定の伝送容量を維持している。
　次に、チャネル優先順位設定部２４１によって、チャネルを選択するための優先順位設定を行う。優先順位は第２の期間における通信性能の高さにしたがって行う。前述したように、本実施形態における通信性能とは、要求通信性能に対する合致率もしくは満足度といったことを意味する指標である。したがって、優先順位設定の結果は、要求通信性能に依存して変動する。
　そこで、要求通信性能が異なるいくつかの場合に分けて、具体的な比較方法と比較結果の例について説明する。
　１）要求性能が通信の維持時間を優先する場合
　例えば、所定期間内の通信途絶を許さないといったケースが、含まれる。図８の例では、ｃｈ１、ｃｈ２には伝送容量が０となる期間がある。一方ｃｈ３は、Ｔ２全期間に亘り通信が維持される。したがって、ｃｈ３のみが最優先チャネルとなり、ｃｈ１、ｃｈ２は選択不可となる。
２）要求性能が所定期間の通信途絶を許容する場合
　途絶期間がｃｈ２＜ｃｈ３であり、ｃｈ３には途絶期間が無いため、優先順位は、ｃｈ３、ｃｈ２、ｃｈ１の順になる。
３）途絶期間に関わらず伝送容量の大きいことが望ましい場合
　期間Ｔ２における通信容量の積分値もしくは平均値を比較すると、ｃｈ３、ｃｈ２、ｃｈ１の順になるため、この場合の優先順位も同じ順番になる。
　以上に例示したように、要求通信性能と推定伝送容量変動とに基づいて、通信性能の高いチャネルを選択することができる。
　ここで上記手順の概要をまとめて説明する。図９は上記の手順を示すフローチャートである。まず受信電波強度変動特徴量取得部２１１が、第1の期間Ｔ１における受信電波強度変動特徴量を取得する（Ｓ１０１）。次に、受信電波強度変動推定部２２１が、第２の期間Ｔ２における受信電波強度変動を推定する（S１０２）。次に、伝送容量変動推定部２２２が、Ｔ２における伝送容量変動を推定する（Ｓ１０３）。次に推定された伝送容量変動と、要求通信性能格納部２３０に格納された要求通信性能とに基づいて、チャネル優先順位設定部２４１が、チャネル優先順位を設定する（Ｓ１０４）。そして、チャネル選択部２４０が、チャネル優先順位に基づいてチャネルを選択する（Ｓ１０５）。
　以上説明したように、本実施形態によれば、通信端末は、電波環境の特徴量として受信電波強度変動を取得し、現在以降に発揮されるチャネルごとの通信性能を推定することができる。そして通信端末は、通信性能の高い順にチャネルに優先順位を設定し、通信性能の高いチャネルを選択することができる。
　なお、本実施形態の説明を、３つのチャネルを用いて行ったが、チャネルの数はこれに限られるものではない。他のチャネル数であっても同様に適用できる。
　（比較例）
　上述のように、本実施形態では第２の期間Ｔ２で高い通信性能を発揮するチャネルを選択することを主たる目的としている。その効果を明確にするため、本実施形態と特許文献１のように、現時点における受信電波強度が最小となるチャネルを選択する技術との差異について述べる。特許文献１に類似の技術を先行技術１と呼称することとする。
　図１０は、図８のように伝送容量が変動する環境における、本実施形態によるチャネル選択と、先行技術１によるチャネル選択とを示す概念図である。図の上方に推定される伝送容量比の変動を併記している。
　本実施形態では、期間内での通信性能が安定していることを推定してｃｈ３を選択し、図１０中段に示すように期間内にチャネル切替えを行っていない。一方、先行技術１では、各時点で伝送容量が最大となるチャネルを選択するため、頻繁にチャネルの切替えが発生している。チャネルを切替える際には、どうしても通信停止期間が発生するため、切替えが頻発すると、トータルの通信性能が低下してしまう。結果として、本実施形態の方が期間内のトータルで大きな伝送容量を得ることができる。
　以上説明したように、本実施形態によれば、電波環境が変動する場合においても通信性能の高いチャネルを選択することができる。
　（第３の実施形態）
　第２の実施形態では、電波環境の特徴量として受信電波強度変動を用いる例を示したが、他の特徴量を取得して、Ｔ２における電波環境変動の推定に利用することもできる。本実施形態では、他の電波源の特徴量を第１の期間Ｔ１に取得して利用する例について説明する。
　図１１は本実施形態の通信端末３００を示すブロック図である。通信端末３００は、第２の実施形態と同様に、電波環境特徴量取得部３１０と、電波環境変動推定部３２０と、要求通信性能格納部３３０と、チャネル選択部３４０と、を有している。そして、電波環境特徴量取得部３１０が、他の電波源の特徴量取得部３１２を有している。他の電波源とは、例えば、他の端末や、放送局、電波ノイズを発生する機械などである。他の電波源の特徴量取得部３１２は、これらの電波源に関する特徴量を取得する。他の電波源の特徴量の取得は、例えば近隣の他の通信端末との情報共有、データベースへの問い合わせ、などによって行うことができる。ただし、これらの例に限定されるものではなく、他の方法を用いて取得しても良い。
　図１２は他の電波源の特徴量として、他の電波源の位置情報および使用チャネルを取得する例を示す概念図である。通信端末３００の近隣には、３つの電波源が存在し、電波源Ａはｃｈ１、電波源Ｂはｃｈ２、電波源Ｃはｃｈ３を使用している。ここで通信端末３００自身を記号Ｘで表すこととする。
　上記の位置情報は、例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）による測位やデータベースへの問い合わせなどによって取得することができる。ただし電波環境によってはこれらの手法が使えないこともあり得る。その場合、例えば、同一の電波源の受信電波強度の変動や複数の電波源の受信電波強度（三角測量等）を用いて、おおよその位置または相対位置や移動速度を推定しても良い。このように、本実施形態は、位置情報の取得方法には限定されない。
　ここで、電波源Ｂが期間Ｔ１の間、すなわち時刻ｔ１からｔ２の間に、図１２の矢印のようにＸに近付くように移動したと仮定する。Ｘは、取得した位置情報から、電波源Ｂの現在位置および移動速度を把握する。そして現在以降の位置を推定することが可能になる。
　また上記の状況において、図１３に示す受信電波強度変動が得られたとする。ここでは受信電波強度がｃｈ２＜ｃｈ３＜ｃｈ１となっており、いずれも期間Ｔ１内では大きく変動していない。このため受信電波強度だけから受信電波強度変動を推定すると、期間Ｔ２においてもｃｈ２が最小と推定しｃｈ２を選択することとなる。
　一方、位置情報と使用チャネルを電波環境特徴量として得ていた場合には、電波源ＢがＸに接近していることが分かる。このため、その情報を考慮して期間Ｔ２における受信電波強度変動を推定することができる。この方法で推定した結果の例を図１４に示す。この例では、Ｔ２の初期において受信電波強度はｃｈ２＜ｃｈ３＜ｃｈ１の順である。ところが電波源ＢがＴ１で取得した移動速度で接近すると、ｃｈ２の電波強度が急速に増大し、Ｔ２内の早い段階で通信性能の良いチャネルでなくなることを推定できる。そして、ｃｈ３が最優先のチャネルとして設定される。
　以上のように、本実施形態の適用によれば、より精度の高い電波環境変動の推定を行い、チャネルを選択することができる。
　通信端末は、第１の期間Ｔ１に取得される他の電波源の特徴量として、電波源の通信スケジュールを取得することもできる。具体例を用いて、電波環境推定に他の電波源の通信スケジュールを利用する方法について説明する。
　図１５は第１の期間Ｔ１で取得された受信電波強度変動の例を示すグラフである。本例では、受信電波強度がｃｈ１、ｃｈ２は閾値Ｓｔｈより小さい範囲で推移し、ｃｈ３は閾値Ｓｔｈより大きい範囲で推移している。
　一方、これとは別に、他の電波源の特徴量取得部３１２は、ｃｈ３を使用する電波源が、第２の期間Ｔ２で通信を中止するという情報を取得していると仮定する。卑近な例では、放送局が放送を休止することなどがこの状況に該当する。この情報を加味して、第２の期間Ｔ２での受信電波強度変動を推定した結果の一例を図１６に示す。ｃｈ３を使用する電波源が停止することにより。ｃｈ３の受信電波強度が大きく減少すると推定している。この推定結果に基づいてｃｈ３の優先度をｃｈ１、ｃｈ２より高く設定する。これにより、現実に即したチャネル選択を行うことができる。
　なお、上記では他の電波源の通信停止について説明したが、逆に通信開始のスケジュールを取得して、当該チャネルの優先順位を下げることもできる。また３つのチャネルを用いて説明したが、本実施形態はこのチャネル数に限定することなく適用することが可能である。
　以上、本実施形態によれば他の電波源の通信スケジュールを反映して、電波環境変動推定の精度を高めることができる。
　（第４の実施形態）
　図１７は、第５の実施形態を示すブロック図である。本実施形態の通信端末４００は、第２の実施形態と同様に、電波環境特徴量取得部４１０と、電波環境変動推定部４２０と、要求通信性能格納部４３０と、チャネル選択部４４０と、を有している。そして、電波環境特徴量取得部４１０が、特徴量取得期間調整部４１３を有している。特徴量取得期間調整部４１３は、電波環境特徴量を取得する期間Ｔ１の長さを調整する。以下、この調整について説明する。
　ここでは、電波環境特徴量として、受信電波強度を用いる例を使って説明する。図１８は、受信電波強度の特徴取得が、電波環境特徴量取得の律速となっている場合に、Ｔ１を調整する方法を説明するためのグラフである。期間電波強度取得部は、時刻ｔ５から受信電波強度取得を開始する。この時、元々の第１の期間Ｔ１がｔ６－ｔ５より長く設定されていたものとする。
　受信電波強度が図１８のように推移すると、時刻ｔ６までの間に、ｃｈ１については周期的な変動の２周期分のデータが取得できる。これにより、ｃｈ１は周期的な変動をし、あるレンジ内で変動していることが把握できる。また変動の山の部分では閾値Ｓｔｈを超えるところがある、などの特徴が把握できる。同様に、ｃｈ２にはｔ１からｔ２までの間に、３周期分の周期的な変動があり、短い時間だが閾値Ｓｔｈを超えるときがあるといった特徴が把握される。そしてｃｈ３は、常時閾値Ｓｔｈ未満であり、ほとんど変動しないといった特徴のあることが分かる。
　以上のように、図１８のｔ５からｔ６までの期間に、受信電波強度の変動傾向を把握できたとして、元々設定していたＴ１より短い期間で、特徴量の取得を打ち切ることができる。この結果に基づいて、特徴量取得期間調整部４１３は、例えばＴ１＝ｔ６－ｔ５となるようにＴ１を調整する。すなわち、この例では周期的な変動がある場合に、２周期分のデータが取得できる期間となるようにＴ１を調整している。なお、上記した特徴量を取得できたか否かの判断基準はあくまで一例であり、ユーザが任意に定めることができる。また、ここでは受信電波強度を例にとって説明したが、他の特徴量把握を基準としても良い。また、適当な所定時間で、特徴量取得を打ち切ることでＴ１を定めても良い。
　上記の動作を、図１９のフローチャートを用いて説明する。まず電波環境特徴量取得部４１０が電波環境特徴量取得を開始する（Ｓ２０１）。次に電波環境特徴量取得部４１０は、電波環境の特徴が把握できたか否かを判断する（Ｓ２０２）。特徴が把握できたと判断した場合は（Ｓ２０２＿Ｙｅｓ）、特徴量取得期間調整部４１３が、把握までの時間に基づいてＴ１を設定する。一方、所定期間に特徴が把握できなかった場合には（Ｓ２０２＿Ｎｏ）、特徴量取得期間調整部４１３は、予め定めた所定期間に基づいてＴ１を設定する（Ｓ２０４）。
　以上、説明したように、本実施形態によれば、電波環境特徴量が早期に取得できた場合に、電波環境特徴量取得期間を短縮することが可能である。これによりチャネル選択を高速に行うことが可能になる。
　（具体例１）
　第３の実施形態の技術を用いると、電波環境特徴量とその特徴をもたらす要因との関係を推定し、どのような特徴量を取得するべきかについて示唆を得ることも可能である。以下、具体的な例を用いて説明する。
　いま、第１の期間Ｔ１において図２０の受信電波強度変動グラフが得られたとする。このグラフから、ｃｈ１は周期（ｔ１０－ｔ８）で周期的に変動し、山の部分ではＳｔｈを超える期間がある。ｃｈ２は周期（ｔ９－ｔ７）で周期的に変動している。山の部分ではＳｔｈを超える期間がある。ｃｈ３は、Ｔ１の間にほとんど変化せず、Ｔ１の間、常にＳｔｈより小さい。といった特徴を抽出することができる。
　ここで、各電波源の送信電力が同じであると仮定し、受信電波強度の変動が、専ら位置変化によってもたらされていると仮定する。すると、例えば図２１のような各電波源の位置変動を推定することができる。図２１は通信端末Ｘと他の電波源との位置関係を示す平面図である。ｃｈ１を使用する電波源Ａ、ｃｈ２を使用する電波源Ｂ、ｃｈ３を使用する電波源Ｃが存在している。
　電波源Ａは、Ｘに対して周期（ｔ１０－ｔ８）で近付いたり離れたりしている。電波源Ｂは、Ｘに対して周期（ｔ９－ｔ７）で近付いたり離れたりしている。電波源Ｃは、静止しているかＸとの距離がほとんど変わらない移動をしている。といった状況が推定される。
　そこで各電波源の位置情報を取得すると有益であることが分かる。位置情報を取得して、受信電波強度変動と相関があれば推測が妥当だったと判断できる。また受信電波強度変動と相関が無ければ、送信電力に関する情報を得ることが有益であると判断できる。
　以上のようにして、本実施例によれば、電波環境変動とその要因とを推定し、第２の期間Ｔ２での電波強度変動推定に有益な特徴量を絞り込むことができる。
　（具体例２）
　電波環境特徴量の1つである受信電波強度の推移の具体例として、第１の期間Ｔ１内で一時的に受信電波強度が急上昇し、直ぐに戻るチャネルがあった場合を考える。この時の優先度設定方法について、以下に説明する。
　まず、Ｔ１の期間に、図２２のような受信電波強度の推移が取得されたとする。ｃｈ１、ｃｈ２は、期間Ｔ１において、それぞれ周期的な変動をしている。ｃｈ３はおおむね閾値Ｓｔｈの下で安定的に推移しているが、１回だけ急激に上昇し、元のレベルに戻っている。このような現象は、ｃｈ３の電波源が、通信端末Ｘと、すれ違うような状況で発生しうる。仮に、すれ違うとすれば、１回限りの現象であるが、ワーストケースとして、同じ頻度で発生すると仮定する。このようにすることで、安全サイドで受信電波強度の変動を推定することができる。
　図２３は、その推定結果である。チャネルの優先順位は要求通信性能とのマッチングによって決まる。例えば、要求通信性能として、Ｔ２における通信途絶時間の合計が短い期間を優先すること、が考えられる。図２３の例の場合、受信電波強度が閾値Ｓｔｈを超えている期間が通信途絶時間になる。したがって、通信途絶時間の合計はｃｈ３が最も短くなるので、優先順位は、ｃｈ３、ｃｈ２、ｃｈ１の順になる。
　以上説明したように、本実施例によれば、一時的な電波環境の変動がある場合にも、ワーストケースを考慮して現実に即したチャネル優先順位の判定を行うことができる。
　（第５の実施形態）
　第１から第４の実施形態では、専ら通信端末自身の都合によってチャネルの優先順位を判定していた。これに対し本実施形態では、他の通信端末が選択するチャネルを考慮した上で、チャネル優先順位を判定する。こうすることで、複数の通信端末によって構成される通信システム全体としてのスループット向上を図ることができる。
　図２４は、本実施形態の通信端末５００を示すブロック図である。通信端末５００は、第３の実施形態と同様に、電波環境特徴量取得部５１０と、電波環境変動推定部５２０と、要求通信性能格納部５３０と、チャネル選択部５４０と、を有している。
　電波環境特徴量取得部５１０は、受信電波強度変動特徴量取得部５１１と、他の電波源の特徴量取得部５１２と、選択チャネル情報共有部５１３と、を有している。選択チャネル情報共有部５１３は、通信端末５００自身と他の端末との間で、それぞれが使用中のチャネルと、選択可能なチャネルの情報を保持する。情報の取得は、例えば他の通信端末とのメッセージ交換や、データベースへのアクセスによって行うことができる。なお、第３の実施形態と同様に、受信電波強度変動特徴量取得部５１１は、所定の第１の期間Ｔ１における受信電波強度を取得し、他の電波源の特徴量取得部５１２は、他の電波源に関する特徴量を取得する。
　電波環境変動推定部５２０は、受信電波強度変動推定部５２１と、伝送容量変動推定部５２２と、他の通信端末の選択チャネル推定部５２３と、を有している。他の通信端末の選択チャネル推定部５２３は、他の通信端末が選択するチャネルを推定する。なお、第３の実施形態と同様に、受信電波強度変動推定部５２１は第２の期間Ｔ２における受信電波強度変動を推定し、伝送容量変動推定部５２２は第２の期間における伝送容量変動を推定する。
　本実施形態では、電波環境変動推定部５２０は、得られた他の通信端末の選択チャネル推定結果を反映して、電波環境変動推定を行う。このため、あるチャネルを近くにある他の通信端末が使用すると推定した場合は、当該チャネルの優先順位が下がることになる。その結果、通信端末５００が、近くにある他の通信端末と同一のチャネルを使用することによる干渉が回避される。以下、具体例を用いて詳細を説明する。
　図２５は本実施形態の通信端末を複数用いた無線システムにおける、各通信端末の位置関係および使用中のチャネルを示す平面図である。通信端末５００（Ｘ）、ｃｈ１を使用中の通信端末Ａ、ｃｈ２を使用中の通信端末Ｂ、ｃｈ３を使用中の通信端末Ｃが存在する。ここに遠方からｃｈ２を使用する通信端末Ｄが、通信端末Ｂおよび通信端末Ｘに接近してくる状況を表している。
　この時、通信端末ＸとＡ、Ｂ、Ｃとは、使用中のチャネルと、選択可能なチャネルとについて情報を共有している。ここで、通信端末Ｂはｃｈ２の他に選択可能なチャネルがｃｈ３だけであるとする。また、Ｘは各通信端末の位置情報を取得しているものとする。この状況において、通信端末Ｘが第１の期間Ｔ１において取得する受信電波強度変動は、例えば図２６のようになっている。
　他方、通信端末Ｘは、各端末の位置情報からｃｈ２を使用中のＢに、同じくｃｈ２を使用中のＤが接近中であることを把握している。そこでＸは、Ｄとの干渉を回避するため、Ｂがチャネルを切替えると推定する。ここで、Ｂはｃｈ３以外に切替え可能なチャネルを持たない。これらの情報を総合して、Ｘが備える、他の通信端末の選択チャネル推定部５２３は、Ｂがｃｈ３を選択すると推定する。そしてその結果を電波環境変動推定部５２０に出力する。電波環境変動推定部５２０は、通信端末Ｂがｃｈ３を選択したと仮定して電波環境変動を推定する。この場合の、受信電波強度変動の推定例を図２７に、伝送容量変動の推定例を図２８に示す。図２８では、通信端末Ｂがチャネルをｃｈ３に切替えたと仮定することにより、ｃｈ３の推定伝送容量比が下がっている。その結果を受けて、チャネル選択部５４０は、通信端末Ｘがｃｈ３を選択することを回避する。一方、Ｂがチャネルの使用を停止するｃｈ２は、伝送容量比が増えると推定される。このため、ｃｈ２の優先順位が高くなる。
　上記の具体例を用いて説明した動作を、図２９のフローチャートを用いて説明する。まず、選択チャネル情報共有部５１３が、自身と他の端末との間で、それぞれが使用中のチャネルと選択可能なチャネルに関する情報を共有する（Ｓ３０１）。次に受信電波強度変動推定部５２１が、他の電波源の特徴量と選択チャネル情報共有部５１３に格納された選択チャネル情報とに基づいて受信電波強度変動を推定する（Ｓ３０２）。次に、他の通信端末の選択チャネル推定部５２３は、受信電波強度変動の推定結果に基づいて、他の通信端末の選択チャネルを推定する（Ｓ３０３）。次に電波環境特徴量取得部５１０は、自身の第１の期間Ｔ１における電波環境特徴量を取得する（Ｓ３０４）。次に、電波環境変動推定部５２０が、取得した電波環境特徴量と、他の通信端末の推定選択チャネルに基づいて第２の期間Ｔ２における電波環境変動を推定する（Ｓ３０５）。そして、チャネル選択部５４０は、推定した電波環境変動に基づいて選択するチャネルの優先順位を判定し、その優先順位に基づいてチャネルを選択する（Ｓ３０６）。なお、Ｓ３０１～Ｓ３０３とＳ３０４の順番は逆であっても良い。
　以上説明したように、本実施形態によれば、他の通信端末が選択するチャネルとの干渉を回避するように、チャネル優先順位を判定することができる。
　以上の第１から第５の実施形態の処理をコンピュータに実行させるプログラムおよび該プログラムを格納した記録媒体も本発明の範囲に含む。記録媒体としては、例えば、磁気ディスク、磁気テープ、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ、などを用いることができる。
　以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。
　この出願は、２０１４年１１月１７日に出願された日本出願特願２０１４－２３２２８４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　１００、２００、３００、４００、５００　　通信端末
　１１０　　電波環境特徴量取得手段
　１２０　　電波環境変動推定手段
　１３０　　要求通信性能格納手段
　１４０　　チャネル選択手段
　２１０、３１０、４１０、５１０　　電波環境特徴量取得部
　２１１、３１１、４１１、５１１　　受信電波強度変動特徴量取得部
　２２０、３２０，４２０、５２０　　電波環境変動推定部
　２２１、５２１　　受信電波強度変動推定部
　２２２、５２２　　伝送容量変動推定部
　２３０、３３０、４３０．５３０　　要求通信性能格納部
　２４０、３４０、４４０、５４０　　チャネル選択部
　２４１　　チャネル優先順位設定部
　３１２、４１２、５１２　　他の電波源の特徴量取得部
　４１３　　特徴量取得期間調整部
　５１３　　選択チャネル情報共有部
　５２３　　他の通信端末の選択チャネル推定部

Claims (28)

  1. 　周波数の異なる複数のチャネルの電波を使用する無線通信システムに用いる通信端末であって、
    　所定の第１の期間における電波環境の特徴を表す電波環境特徴量を取得する電波環境特徴量取得手段と、
    　通信が要求する要求通信性能を格納する要求通信性能格納手段と、
    　前記電波環境特徴量に基づいて現在以降の第２の期間における電波環境変動を推定する電波環境変動推定手段と、
    　推定された前記電波環境変動と前記要求通信性能とに基づいて使用する前記チャネルを選択するチャネル選択手段とを有することを特徴とする通信端末。
  2. 　前記チャネル選択手段が、前記電波環境変動と前記要求通信性能とに基づいて前記チャネルに優先順位を設定する優先順位設定手段を有することを特徴とする請求項１に記載の通信端末。
  3. 　前記電波環境特徴量取得手段が、前記第１の期間におけるチャネルごとの受信電波強度変動を取得する受信電波強度変動取得手段を有することを特徴とする請求項２に記載の通信端末。
  4. 　前記電波環境特徴量取得手段が、自身の周囲に存在する他の電波源の前記第１の期間における特徴量を取得する他の電波源の特徴量取得手段を有することを特徴とする請求項２または請求項３いずれか一項に記載の通信端末。
  5. 　前記他の電波源の特徴量取得手段が、前記他の電波源の位置情報または利用中の周波数または送信電力変動の少なくとも１つを含む特徴量を取得することを特徴とする請求項４に記載の通信端末。
  6. 　前記電波環境特徴量取得手段が、電波環境変動の周期性もしくは変動幅の少なくとも一方を取得したことを基準として前記第１の期間の長さを調整することを特徴とする請求項２乃至請求項５いずれか一項に記載の通信端末。
  7. 　前記電波環境変動推定手段が、前記第２の期間における伝送容量を推定することを特徴とする請求項２乃至請求項６いずれか一項に記載の通信端末。
  8. 　前記電波環境変動推定手段が、前記第１の期間に取得したチャネルごとの受信電波強度変動に基づいて前記第２の期間における伝送容量を推定することを特徴とする請求項７に記載の通信端末。
  9. 　前記要求通信性能が前記第２の期間における通信の持続時間を尺度として定められていることを特徴とする請求項２乃至請求項８いずれか一項に記載の通信端末。
  10. 　前記要求通信性能が第２の期間における伝送容量を尺度として定められていることを特徴とする請求項２乃至請求項９いずれか一項に記載の通信端末。
  11. 　前記要求通信性能が第２の期間における許容通信途絶時間と伝送容量とを尺度として定められていることを特徴とする請求項２乃至請求項８いずれか一項に記載の通信端末。
  12. 　前記他の電波源の特徴量取得手段が、自身の周囲に存在する他の通信端末との間でそれぞれが選択可能なチャネルの情報と前記第１の期間で使用しているチャネルの情報とを共有する選択チャネル情報共有手段を有し、
    　前記電波環境変動推定手段が、前記選択チャネル情報共有手段の取得した情報に基づいて前記第２の期間における他の通信端末が選択するチャネルを推定する他の通信端末の選択チャネル推定手段を有することを特徴とする請求項４乃至請求項１１いずれか一項に記載の通信端末。
  13. 　前記優先順位設定手段が、前記他の通信端末の選択チャネル推定手段が推定したチャネルの優先順位を低くすることを特徴とする請求項１２に記載の通信端末。
  14. 　請求項１乃至請求項１３いずれか一項に記載の通信端末を複数有することを特徴とする通信システム。
  15. 　周波数の異なる複数チャネルの電波を使用する無線通信システムに用いる通信端末のチャネル選択方法であって、
    　所定の第１の期間における電波環境の特徴を表す電波環境特徴量を取得し、
    　通信が要求する通信性能を格納し、
    　前記電波環境特徴量に基づいて現在以降の第２の期間における電波環境変動を推定し、
    　推定された前記電波環境変動と前記要求通信性能とに基づいて使用する前記チャネルを選択することを特徴とする通信端末のチャネル選択方法。
  16. 　前記電波環境変動と前記要求通信性能とに基づいて前記チャネルに優先順位を設定することを特徴とする請求項１５に記載の通信端末のチャネル選択方法。
  17. 　前記第１の期間におけるチャネルごとの受信電波強度変動を取得することを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載のチャネル選択方法。
  18. 　前記第１の期間に取得したチャネルごとの受信電波強度変動に基づいて前記第２の期間における伝送容量を推定することを特徴とする請求項１７に記載の通信端末のチャネル選択方法。
  19. 　自身の周囲に存在する他の電波源の前記第１の期間における特徴量を取得することを特徴とする請求項１５乃至請求項１８いずれか一項に記載の通信端末のチャネル選択方法。
  20. 　前記他の電波源の位置情報または利用中の周波数または送信電力変動の少なくとも１つを含む特徴量を取得することを特徴とする請求項１９記載の通信端末のチャネル選択方法。
  21. 　前記他の電波源の前記第１の期間における特徴量に基づいて前記第２の期間における伝送容量を推定することを特徴とする請求項１９または請求項２０に記載の通信端末のチャネル選択方法。
  22. 　電波環境変動の周期性もしくは変動幅の少なくとも一方を取得したことを基準として前記第１の期間の長さを調整することを特徴とする請求項１５乃至請求項２１いずれか一項に記載の通信端末のチャネル選択方法。
  23. 　前記要求通信性能を前記第２の期間における通信の持続時間を尺度として定める、ことを特徴とする請求項１５乃至請求項２２いずれか一項に記載の通信端末のチャネル選択方法。
  24. 　前記要求通信性能を第２の期間における伝送容量を尺度として定めることを特徴とする請求項１５乃至請求項２３いずれか一項に記載の通信端末のチャネル選択方法。
  25. 　前記要求通信性能が第２の期間における許容通信途絶時間と伝送容量とを尺度として定める、ことを特徴とする請求項１５乃至請求項２２いずれか一項に記載の通信端末のチャネル選択方法。
  26. 　自身の周囲に存在する他の通信端末との間でそれぞれが選択可能なチャネルの情報と前記第１の期間で使用しているチャネルの情報とを共有し、前記チャネルの情報と前記第１の期間で使用しているチャネルの情報とに基づいて前記第２の期間で他の通信端末が選択するチャネルを推定する、ことを特徴とする請求項１５に記載の通信端末のチャネル選択方法。
  27. 　前記他の通信端末が選択すると推定したチャネルの優先順位を低くする、ことを特徴とする請求項２６に記載の通信端末のチャネル選択方法。
  28. 　周波数の異なる複数チャネルの電波を使用する無線通信システムに用いる通信端末に、
    　現在以前の第１の期間における電波環境の特徴を表す電波環境特徴量を取得するステップと、
    　通信が要求する通信性能を格納するステップと、
    　前記電波環境特徴量に基づいて現在以降の第２の期間における電波環境変動を推定するステップと、
    　推定された前記電波環境変動と前記要求通信性能とに基づいて使用する前記チャネルを選択するステップと、
    　を実行させるためのチャネル選択プログラムを記録したことを特徴とするプログラム記録媒体。
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